智能網(wǎng)聯(lián)汽車數(shù)據(jù)分析 課件 模塊五 智能網(wǎng)聯(lián)汽車系統(tǒng)模塊數(shù)據(jù)分析

智能網(wǎng)聯(lián)汽車數(shù)據(jù)分析高等職業(yè)教育智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)專業(yè)Contents模塊一

智能網(wǎng)聯(lián)汽車數(shù)據(jù)分析概述模塊二智能網(wǎng)聯(lián)汽車串口數(shù)據(jù)分析技術(shù)模塊三ＣＡＮ總線數(shù)據(jù)分析技術(shù)

模塊四車載以太網(wǎng)數(shù)據(jù)技術(shù)模塊五智能網(wǎng)聯(lián)汽車系統(tǒng)模塊數(shù)據(jù)分析模塊六智能網(wǎng)聯(lián)汽車常用數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議模塊五智能網(wǎng)聯(lián)汽車系統(tǒng)模塊數(shù)據(jù)分析一、感知系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)構(gòu)成與分析方法二、規(guī)劃控制系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)參數(shù)分析方法三、智能網(wǎng)聯(lián)車輛數(shù)據(jù)儲存與災(zāi)備防護(hù)技術(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo)?知識目標(biāo)１.掌握環(huán)境感知系統(tǒng)構(gòu)成；２.理解規(guī)劃控制系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)；３.了解智能網(wǎng)聯(lián)車輛數(shù)據(jù)存儲與災(zāi)備防護(hù)技術(shù)。?技能目標(biāo)１.能完成車載組合實(shí)時(shí)定位導(dǎo)航模塊安裝調(diào)試與數(shù)據(jù)采集分析；２.能完成感知系統(tǒng)部件的在車安裝調(diào)試與數(shù)據(jù)采集分析；３.能完成線控底盤轉(zhuǎn)向、制動和驅(qū)動測試與數(shù)據(jù)采集分析；４.能知曉車輛數(shù)據(jù)與安全防護(hù)。?素養(yǎng)目標(biāo)１.通過教學(xué)活動，培養(yǎng)學(xué)生愛黨報(bào)國、敬業(yè)奉獻(xiàn)、服務(wù)人民的思想意識；２.通過教學(xué)活動，培養(yǎng)學(xué)生將自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識用于解決復(fù)雜工程問題的能力；３.通過實(shí)踐使學(xué)生養(yǎng)成獲取新知識和分析新問題的能力?不斷提出真正解決問題的新理念、新思路、新辦法；４.通過技能訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作、安全生產(chǎn)、規(guī)范操作的職業(yè)素養(yǎng)?弘揚(yáng)勞動精神、奮斗精神、奉獻(xiàn)精神。模塊五

智能網(wǎng)聯(lián)汽車系統(tǒng)模塊數(shù)據(jù)分析

智能網(wǎng)聯(lián)汽車的感知系統(tǒng)主要通過慣性導(dǎo)航/RTK(實(shí)時(shí)動態(tài))、攝像頭、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)和激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)對環(huán)境中的行人、機(jī)動車輛以及非機(jī)動車輛等目標(biāo)物的檢測。

即通過攝像頭、毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)發(fā)射探測信號遇到目標(biāo)物后發(fā)射回信號被傳感器的接收系統(tǒng)接收，然后各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、目標(biāo)檢測算法以及數(shù)據(jù)融合算法等處理工作，最后得到目標(biāo)檢測的結(jié)果。一感知系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)構(gòu)成與分析方法１.慣性導(dǎo)航/RTK慣性是所有質(zhì)量體本身的基本屬性，建立在牛頓定律基礎(chǔ)上的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(Ｉnertial-Ｎavigation

Ｓystem，ＩＮＳ)簡稱慣導(dǎo)系統(tǒng)，不與外界發(fā)生任何光電聯(lián)系，僅靠系統(tǒng)本身就能對車輛進(jìn)行連續(xù)的三維定位和三維定向。1）RTK系統(tǒng)

RTK(Real-timekinematic，實(shí)時(shí)動態(tài))系統(tǒng)通常主要包括GPS接收機(jī)、GPS接收機(jī)天線、電臺、電臺天線、電腦和電池等部件。２)車載組合定位模塊

車載組合定位模塊（圖5-1）是一款高精度組合實(shí)時(shí)定位導(dǎo)航模塊，用于車載定位導(dǎo)航，主要應(yīng)用在具有智能網(wǎng)聯(lián)或智能駕駛功能的乘用車、無人車。圖5-1車載組合定位模塊正、俯視圖２.激光雷達(dá)車載激光雷達(dá)又稱車載三維激光掃描儀，是一種移動型三維激光掃描系統(tǒng)，主要由發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、信息處理三部分組成。激光雷達(dá)的測距方法最常用的是飛行時(shí)差測距方法(ＴimeOfＦly,ＴO(shè)F)主要分為兩類:一種是直接測距法，也叫脈沖法，通過測量激光脈沖在雷達(dá)與目標(biāo)之間的來回飛行時(shí)間獲得目標(biāo)的距離；另一種是間接測距法，也叫相位差法，通過計(jì)算發(fā)射波形與接收波形的相位差來推測出激光雷達(dá)和目標(biāo)的相位距離，從而間接地推斷出目標(biāo)的距離信息。根據(jù)安裝位置的不同，分為兩大類:一類安裝在車輛的四周；另一類安裝在車輛的車頂部。如圖5-2所示為常見的16/32/64線激光雷達(dá)。圖5-216/32/64線激光雷達(dá)３.攝像頭攝像頭也稱為相機(jī)傳感器，是新興的環(huán)境感知傳感器代表之一，如圖5-3所示，智能攝像頭是測距傳感器和圖像傳感器的融合，能發(fā)揮二者的長處，在獲取車輛環(huán)境信息和目標(biāo)識別等方面優(yōu)勢明顯。智能攝像頭硬件系統(tǒng)如圖5-4所示。圖5-3圖5-4４.毫米波雷達(dá)毫米波雷達(dá)主要用于汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)中，其返回信息中包含了前方運(yùn)動車輛的許多運(yùn)動參數(shù)，通常有:(１)由時(shí)間延遲確定的距離數(shù)據(jù)；(２)由多普勒效應(yīng)確定的徑向速度數(shù)據(jù)；(３)由雷達(dá)射線波束狀態(tài)確定的角度位置數(shù)據(jù)。毫米波雷達(dá)可以根據(jù)發(fā)射信號、工作頻率、所能夠探測到的距離來分類，具有體積小、質(zhì)量輕和精度高的特點(diǎn)，并且對霧、煙、灰塵的抗干擾能力強(qiáng)，具有全天候全天時(shí)的工作優(yōu)勢。

各種雷達(dá)探測范圍具體的參數(shù)指標(biāo)見表5-1表5-1毫米波雷達(dá)參數(shù)對比４.毫米波雷達(dá)毫米波雷達(dá)性能參數(shù)包括以下幾項(xiàng)：(１)工作頻率:主要為24GHz和77GHz；(２)更新頻率:信號更新一次需要的時(shí)間；(３)探測距離:能探測到的直線距離；(４)探測角度:能探測到的角度范圍；(５)探測速度:能探測到的目標(biāo)速度范圍；(６)距離精確度:探測到的目標(biāo)距離與實(shí)際目標(biāo)距離的一致程度；(７)角度精確度:探測到的目標(biāo)方位角與實(shí)際目標(biāo)方位角的一致程度；(８)速度精確度:探測到的目標(biāo)速度與實(shí)際目標(biāo)速度的一致程度。４.毫米波雷達(dá)雷達(dá)性能測試:按照國家標(biāo)準(zhǔn)對雷達(dá)的性能進(jìn)行比較全面的測試主要包括以下幾個(gè)方面：(１)靜態(tài)目標(biāo)探測距離測試；(２)動態(tài)目標(biāo)探測距離測試；(３)靜態(tài)直道多目標(biāo)選擇測試；(４)動態(tài)直道多目標(biāo)選擇測試；(５)動態(tài)直道切入、切出目標(biāo)選擇測試；(６)動態(tài)彎道多目標(biāo)選擇和切入切出測試。5.超聲波雷達(dá)超聲波雷達(dá)傳感器是目前技術(shù)較為成熟的傳感器之一，廣泛裝配在各種車型上，主要用作汽車倒車?yán)走_(dá)。倒車?yán)走_(dá)又稱泊車輔助系統(tǒng)，一般由超聲波雷達(dá)傳感器、控制器和顯示器等部分組成。在倒車時(shí)，啟動倒車?yán)走_(dá)，在控制器的控制下，由裝置于車尾保險(xiǎn)杠上的探頭發(fā)送超聲波，遇到障礙物，產(chǎn)生回波信號，傳感器接收到回波信號后經(jīng)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，判斷出障礙物的位置，由顯示器顯示距離并發(fā)出警示信號，得到及時(shí)警示，從而使駕駛者倒車時(shí)做到心中有數(shù)，使倒車變得更輕松。超聲波雷達(dá)測量障礙物距離的方法有多種，如相位檢測法、聲波幅值檢測法和往返時(shí)間檢測法等。

模塊五、智能網(wǎng)聯(lián)汽車系統(tǒng)模塊數(shù)據(jù)分析１.制動系統(tǒng)

制動系統(tǒng)是可以使汽車的行駛速度強(qiáng)制降低的一系列裝置組成的系統(tǒng)。制動系統(tǒng)主要由供能裝置、控制裝置、傳動裝置和制動器等部分組成。制動系統(tǒng)的主要功用是使行駛中的汽車減速甚至停車、使下坡行駛的汽車速度保持穩(wěn)定、使已停駛的汽車保持不動。

目前，AEBS(緊急制動輔助系統(tǒng))是一個(gè)自主且自動的道路車輛安全系統(tǒng)，系統(tǒng)以傳感器來監(jiān)測前面車輛并檢測和目標(biāo)車輛之間的相對速度和距離，計(jì)算即將發(fā)生的情況，在危險(xiǎn)情況下，緊急制動時(shí)可以自動避免碰撞或減輕其影響。二規(guī)劃控制系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)參數(shù)分析方法１.制動系統(tǒng)汽車制動系統(tǒng)主要有以下參數(shù)：（1）前/后制動器制動半徑r1/r2;（2）前/后制動器效能因數(shù)BF1/BF2;制動器效能因數(shù)是制動鼓或制動盤的作用半徑R上所得到的摩擦力(Mμ/R)與輸入力F0之比;（3）制動主缸直徑dm;（4）制動主缸總行程δｍ;（5）前/后輪缸直徑d1/d2;（6）前/后輪缸行程δ１/δ２，一般來說，缸徑大、行程短的汽缸有利于高功率形式的汽車，缸徑小、行程長的發(fā)動機(jī)汽缸可以使發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩更大，不同用途的車輛有不同的比例形式；（7）制動踏板杠桿比iｓ:制動踏板有3個(gè)位置:分別是踏板臂旋轉(zhuǎn)中心、腳踏板、輸出力中心,制動踏板杠桿比就是制動踏板臂旋轉(zhuǎn)中心與腳踏板距離和旋轉(zhuǎn)中心與輸出力中心之間距離之比;（8）駐車制動杠桿比ｉz;（9）制動片摩擦系數(shù)f:指反映制動片摩擦效能的參數(shù)，是衡量制動片好壞的一個(gè)重要因素，制動片摩擦系數(shù)越小，摩擦力越小，易滑；反之摩擦系數(shù)越大，摩擦力越大，不易滑。制動片摩擦系數(shù)過高或過低都會影響制動性能，要根據(jù)實(shí)際情況靈活進(jìn)行調(diào)教。2.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是專門用來改變或者恢復(fù)汽車行駛方向的機(jī)構(gòu)，其既保障車輛按照操縱需要行駛，又使得車輛在受到路面偶然沖擊或意外偏離行駛方向時(shí)與其他系統(tǒng)配合保持車輛穩(wěn)定行駛。

智能網(wǎng)聯(lián)汽車?yán)密囕d設(shè)備及路側(cè)、路表的電子設(shè)備來感知周圍行駛環(huán)境的變化情況，決策層控制器可以整合整車和道路信息，通過對車道線的識別和駕駛員操作意圖的判斷，計(jì)算出目標(biāo)行駛軌跡，進(jìn)而生成控制指令，并通過CAN總線將控制指令傳送給底層執(zhí)行控制器，實(shí)現(xiàn)對制動、轉(zhuǎn)向以及加速的控制，而對于轉(zhuǎn)向控制而言，就是將控制量傳輸給EPS(電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)),這里的控制量可以為電機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角等等。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要性能參數(shù)有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的效率、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角傳動比、轉(zhuǎn)向器傳動副的傳動間隙特性、轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動圈數(shù)等。2.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

EPS通過執(zhí)行決策層的轉(zhuǎn)向控制量來實(shí)現(xiàn)車輛的自動轉(zhuǎn)向控制,智能網(wǎng)聯(lián)汽車控制流程如圖5-5所示:圖5-5智能網(wǎng)聯(lián)汽車控制流程3.驅(qū)動系統(tǒng)

驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車最主要的系統(tǒng)之一，電動汽車運(yùn)行性能的好壞主要是由其驅(qū)動系統(tǒng)決定的，電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)由牽引電機(jī)、電機(jī)控制器、機(jī)械傳動裝置、車輪等構(gòu)成。

驅(qū)動系統(tǒng)儲能動力源是電池組，電機(jī)控制器接收從加速踏板(相當(dāng)于燃油汽車的加速踏板)、制動踏板和PDRN(停車、前進(jìn)、倒車、空擋)控制手柄的輸出信號,控制牽引電機(jī)的旋轉(zhuǎn),通過減速器、傳動軸、差速器、半軸等機(jī)械傳動裝置(當(dāng)電動汽車使用電動輪時(shí)機(jī)械傳動裝置有所不同)帶動驅(qū)動車輪。

驅(qū)動電機(jī)應(yīng)該滿足整車的動力性要求:最大速度、最大爬坡度和加速性能。通常情況下，驅(qū)動電機(jī)的峰值功率是額定功率的2~3倍。但是驅(qū)動電機(jī)不能長時(shí)間處于最大功率下，所以額定功率由最高車速決定，峰值功率由最大爬坡度和加速性能決定。目前驅(qū)動電機(jī)主要有直流電機(jī)、交流感應(yīng)電機(jī)、永磁同步電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)四種。4.規(guī)劃決策

在智能網(wǎng)聯(lián)汽車行駛過程中，準(zhǔn)確地避開障礙物是對其的基本要求。如圖5-6所示，智能網(wǎng)聯(lián)車輛的避障主要是依靠規(guī)劃決策技術(shù)，其工作原理主要是利用先進(jìn)的傳感器技術(shù)來增強(qiáng)汽車對行駛環(huán)境的感知能力，將感知系統(tǒng)獲取的車速、位置等實(shí)時(shí)信息反饋給系統(tǒng)，同時(shí)根據(jù)路況與車流的綜合信息判斷和分析潛在的安全隱患，并在緊急情況下自動采取報(bào)警提示、制動或轉(zhuǎn)向等措施協(xié)助和控制汽車主動避開障礙，保證車輛安全、高效和穩(wěn)定地行駛。圖5-6智能車輛避障原理圖4.決策規(guī)劃

車輛避障控制要求車輛從起始狀態(tài)向目標(biāo)狀態(tài)移動的過程中，能夠自主地搜索一條避開障礙物的最優(yōu)路徑，對于使用怎樣的算法規(guī)劃出一條從起始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)的避障路徑，成了規(guī)劃策略的核心問題。

現(xiàn)在比較常見的方法有以下幾種:（1）柵格法；（2）可視圖法；（3）人工勢場法。１.

數(shù)據(jù)存儲策略三智能網(wǎng)聯(lián)汽車數(shù)據(jù)的分類與特點(diǎn)

如今，汽車制造商更喜歡將數(shù)據(jù)存儲在本地，因?yàn)槠嚿傻臄?shù)據(jù)量相對較少。但隨著向Ｌ４~Ｌ５自動駕駛等級演進(jìn)，云計(jì)算和邊緣計(jì)算戰(zhàn)略的結(jié)合將占上風(fēng)。由于以下挑戰(zhàn)，汽車制造商不會完全依賴蜂窩網(wǎng)絡(luò)：(１)大數(shù)據(jù)集；(２)高速實(shí)時(shí)處理要求；(３)高帶寬成本；(４)安全和隱私問題。

網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的成本將成為決定數(shù)據(jù)傳輸方式和內(nèi)容的決定性因素。在數(shù)據(jù)旅程的每個(gè)階段都有挑戰(zhàn)，需要謹(jǐn)慎的數(shù)據(jù)收集、存儲和使用策略，智能網(wǎng)聯(lián)汽車將面臨設(shè)計(jì)和成本的限制，而網(wǎng)絡(luò)和云將受到帶寬、延遲、安全性和連接性的限制。因此，智能網(wǎng)聯(lián)汽車需要一個(gè)智能存儲和卸載系統(tǒng)。模塊五、智能網(wǎng)聯(lián)汽車系統(tǒng)模塊數(shù)據(jù)分析2.

智能網(wǎng)聯(lián)車輛存儲方式

嵌入式多媒體卡(ｅＭＭＣ)存儲是存儲車載信息娛樂系統(tǒng)(ＩVＩ)數(shù)據(jù)的最常用方式。然而，ｅＭＭＣ不能支持未來智能網(wǎng)聯(lián)汽車，因?yàn)橹悄芫W(wǎng)聯(lián)汽車將具有復(fù)雜的圖形用戶界面，并需要從內(nèi)存進(jìn)行高速訪問。此外，信息娛樂系統(tǒng)必須有更多的存儲空間來存儲多媒體和高分辨率地圖。

在完全智能網(wǎng)聯(lián)的發(fā)展過程中，來自傳感器的信號由驅(qū)動計(jì)算機(jī)高速處理，這需要高帶寬。此外，驅(qū)動計(jì)算機(jī)可能包括并行運(yùn)行的冗余系統(tǒng)，并實(shí)時(shí)比較決策結(jié)果，從而可能增加內(nèi)存需求。

為適應(yīng)存儲的指數(shù)級增長和自動化程度的提高，存儲技術(shù)需要從單層單元閃存(SLCNAND)發(fā)展到ｅＭＭＣ/通用閃存(UFS)，再發(fā)展到嵌入式固態(tài)硬盤(SSD)。

安全性、可靠性和質(zhì)量是汽車存儲器的關(guān)鍵，汽車存儲器至少必須符合這三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn):ＩSO26262、AEC-Q100和ＩATF16949。有別于傳統(tǒng)人工駕駛車輛，智能網(wǎng)聯(lián)汽車的最大特點(diǎn)是ＡＩ(人工智能)技術(shù)的主導(dǎo)，其駕駛過程是機(jī)器不斷收集駕駛信息并進(jìn)行信息分析和自我學(xué)習(xí)從而達(dá)到智能網(wǎng)聯(lián)的系統(tǒng)工程。伴隨智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展?每輛汽車將從過去的封閉轉(zhuǎn)向開放，融入聯(lián)網(wǎng)的平臺中進(jìn)行實(shí)時(shí)的信息交互，黑客可以通過網(wǎng)絡(luò)對車輛進(jìn)行遠(yuǎn)程攻擊，使車輛做出熄火、制動、加減速、解鎖等操作，也可以通過截獲通信信息、攻擊云端服務(wù)器，達(dá)到竊取用戶信息和車輛數(shù)據(jù)的目的，嚴(yán)重的還會威脅駕駛員和乘客的生命安全。同時(shí)，在智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)鏈中，數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理、傳輸、共享等生命周期各環(huán)節(jié)潛在的安全威脅，都給智能網(wǎng)聯(lián)數(shù)據(jù)防護(hù)帶來了全新的挑戰(zhàn)，要想實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車規(guī)模化、商業(yè)化落地，必須解決數(shù)據(jù)安全這一“攔路虎”。3.

智能網(wǎng)聯(lián)數(shù)據(jù)安全4.數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)分析根據(jù)智能網(wǎng)聯(lián)汽車功能實(shí)現(xiàn)的相關(guān)要求，結(jié)合智能網(wǎng)聯(lián)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)、產(chǎn)生流程、應(yīng)用技術(shù)與場景，提出了智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)應(yīng)用架構(gòu)，該架構(gòu)根據(jù)智能網(wǎng)聯(lián)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、應(yīng)用和銷毀等全生命周期的過程特點(diǎn)，自下而上依次分為采集層、通信層、平臺層和應(yīng)用層。采集層主要涉及智能網(wǎng)聯(lián)數(shù)據(jù)從采集到存儲的全過程，通信層包含了數(shù)據(jù)在車內(nèi)傳輸和車端與云端傳輸?shù)倪^程，平臺層主要涉及各類平臺對相關(guān)數(shù)據(jù)的管理與控制，應(yīng)用層包含了在接收到數(shù)據(jù)后，按功能需求對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將處理后的數(shù)據(jù)送到各個(gè)終端進(jìn)行響應(yīng)和應(yīng)用。1）采集層數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)(１)采集設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)(２)感知數(shù)據(jù)完整性安全風(fēng)險(xiǎn)２)通信層數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)(１)惡意節(jié)點(diǎn)攻擊風(fēng)險(xiǎn)(２)傳輸風(fēng)險(xiǎn)(３)協(xié)議風(fēng)險(xiǎn)4.數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)分析３)平臺層數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)(１)云平臺